Desde México, FRIDA abre mirada al espacio

"Este es el bebé", dice satisfecho el astrofísico José Franco ante FRIDA, siglas para inFRared Imager and Dissector for Adaptive optics, un instrumento con el que se podrán obtener imágenes de mayor nitidez desde el Gran Telescopio Canarias (GTC), en España.

Casi dos décadas y 100 personas ha necesitado la gestación de los componentes y subsistemas del equipo, diseñado por un grupo de especialistas liderado desde el Instituto de Astronomía de la UNAM .

"Fue construido para hacer ciencia infrarroja de alta resolución espacial y espectral conjuntamente con un telescopio de 10.4 metros de diámetro (el GTC) y un sistema de óptica adaptativa", agrega Beatriz Sánchez y Sánchez, astrofísica y gerente del proyecto.

FRIDA, de hecho, será el primer instrumento en hacer uso del haz corregido de dicho sistema en el GTC -el telescopio óptico infrarrojo más grande del mundo-, que es un método para moderar la turbulencia que produce la atmósfera y así conseguir la imagen más nítida posible, con una resolución similar a la que se obtendría si fuera colocado en el espacio.

"El haz corregido lo hace el sistema de óptica adaptativa. Nos quita los efectos que produce la atmósfera en la luz que entra del espacio; corrige, y lo recibe FRIDA justo por esta ventana", explica Sánchez, apuntando la pequeña entrada circular al centro del criostato dentro del cual se encuentra el instrumento.

"El haz corregido lo hace el sistema de óptica adaptativa. Nos quita los efectos que produce la atmósfera en la luz que entra del espacio; corrige, y lo recibe FRIDA justo por esta ventana"

Y es que, explican los investigadores del IA, al estar hecho para observar en el infrarrojo cercano -entre 0.9 y 2.5 micrómetros-, es necesario que el sistema opere a temperaturas criogénicas, inferiores a -150 grados centígrados.

"Por eso el aparato, donde está metido el detector, es un criostato, que es un termo para mantener las bajas temperaturas", ilustra Franco sobre la enorme y hermética caja gris, cuya pesada tapa debe ser levantada por una grúa.

Aquí, primero, un sistema de bombeo genera las condiciones de vacío en el criostato, para que posteriormente con nitrógeno líquido y refrigeración con helio se consiga el enfriamiento necesario. Además, un par de escudos térmicos reducen la transmisión de calor -procedente del ambiente- de afuera hacia adentro.

• "Este sistema está diseñado para que una vez que se hace el proceso de vacío y enfriamiento, y llega a condiciones de operación, o sea a una temperatura menor a -150 grados centígrados, se mantenga durante seis meses en esas condiciones", comparte Sánchez, recordando que el infrarrojo lo que hace es medir la temperatura de los objetos.

 "Si queremos ver en el infrarrojo, entonces nuestro detector y nuestro aparato deben de estar a una temperatura muchísimo menor (que lo observado)", recalca Franco. "Es como si tú quieres ver adentro de un bosque en llamas: con la luz que hay, pues no puedes porque todo está emitiendo".

Creado en colaboración con instancias como la Universidad de Florida (UF) y el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), lo que FRIDA permitirá contemplar con una gran resolución espacial, aprovechando la notable cantidad de luz recolectada por el amplio espejo primario del GTC, incluye desde objetos muy cercanos en nuestro Sistema Solar, como las atmósferas de los planetas o sus satélites.

"Pero vamos a poder observar también objetos muy, muy lejanos: cúmulos de galaxias, la formación estelar, nubes moleculares", destaca Sánchez. "Con muchísima nitidez, y además pudiendo conocer perfectamente bien su composición química, su temperatura, su velocidad, si se mueven, si rotan, si se están acercando o alejando".

¿Cómo funciona?

La clave para obtener todo lo anterior con gran precisión está en el complejo sistema de optomecánica al interior del criostato.

Es decir, en todos aquellos componentes montados, en línea uno tras otro, sobre un banco óptico, por donde pasará el haz corregido al ingresar en ese "termo" de grandes dimensiones.

"Contamos con cámaras para darnos diferentes amplificaciones; tenemos filtros; tenemos máscaras de campo para poder determinar las áreas que queremos observar, y tenemos, precisamente, el detector que nos permite poder hacer imagen directa", enlista Beatriz Sánchez.

"Tenemos otra sección en donde lo que hacemos es espectroscopía integral de campo, y quiere decir que nosotros vamos a recibir ese haz y se va a descomponer en todas las longitudes de onda de los objetos que estamos observando", prosigue.

"Es como si tuvieras un cuchillo de longitudes de onda que te está poniendo la longitud que tú deseas", ejemplifica José Franco.

Vale la pena resaltar que uno de los desafíos en el diseño de todo esto fue cuidar la correcta operación de los diferentes elementos -como la rueda de cámaras o el carrusel de rejillas que permite hacer la dispersión de la luz-, sin que la contracción de los metales y la expansión de los cristales por la baja temperatura se convirtiera en un problema.

"Los diseños tienen que cuidarse de tal manera que, mientras uno se expanda y el otro se contrae, no dañe la integridad del sistema", remarca la responsable técnica y gerente del proyecto.

"Incluso los motores son especiales para poder trabajar a temperaturas criogénicas", continúa. "No es ni la electrónica ni el control usual que se utiliza en los instrumentos astronómicos a temperatura ambiente".

Para garantizar que todo esto funcionaría, fueron necesarias una serie de pruebas en un par de criostatos de menor tamaño, creados exprofeso en lo que ha constituido un parteaguas en la manufactura de instrumentación astronómica en el País.

""En México nunca se había hecho un criostato de estas dimensiones, por supuesto mucho menos como aquel (el definitivo)", dice Sánchez.

Si bien la UNAM lidera este proyecto, los investigadores del IA cuentan que la Universidad no tiene toda la capacidad para el desarrollo de la mecánica necesaria para FRIDA. Entonces, buscando que la derrama de conocimiento y desarrollo de tecnologías se quedara en México, decidieron trabajar el diseño y la manufactura en conjunto con el Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial (Cidesi), en Querétaro.

Desde ese Centro Público de Investigación de Conacyt, precisamente, trajeron al IA hace algunas semanas el criostato definitivo junto con la estructura de pruebas y soporte; "nada más nos trajimos 7 toneladas", comenta Sánchez.

Con el instrumento previsto para ser enviado en diciembre de 2023 al Observatorio del Roque de los Muchachos, en La Palma -donde se encuentra el GTC-, lo siguiente para este último año de trabajo son las pruebas que demuestren la exitosa operatividad de FRIDA.

Visto de otra forma, es como si hubieran ideado y construido, parte por parte, un avión; "ahora tienes que garantizar que funciona y que no se te cae", dice, entre risas, Franco.

Óptica de nivel mundial

La decisión de que México fuera el principal responsable de una pieza de instrumentación astronómica como FRIDA se tomó en el 2004, recuerda el físico José Franco, entonces titular del Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM.

Antes de ello, cuando el Gran Telescopio Canarias (GTC) -del que México es socio- aún estaba en plena construcción, el IA ganó una licitación para hacer el instrumento de verificación de la óptica del telescopio. Un proyecto dirigido por Beatriz Sánchez y Sánchez, al igual que con OSIRIS, otro instrumento que entró en operación en 2009 y que ha generado más del 80 por ciento de la ciencia en el GTC.

"La gente en Canarias sabía que la óptica en México era de un nivel mundial. Y, entonces, en el 2004 tuvimos una reunión de todo el consorcio del GTC aquí en México, en el Castillo de Chapultepec", rememora Franco, sin obviar que esto había sido posibilitado por el financiamiento aportado por banco Santander.

Al término de esta reunión de expertos, se decidió que México se encargara del primer instrumento de óptica adaptativa (FRIDA)".

Así que ha tomado casi 20 años desarrollar los conceptos, generar el grupo de trabajo, distribuir las responsabilidades "y construir todo, porque nada de esto lo puedes encontrar en la tiendita de la esquina", dice Franco.

"Es único, no hay otro. Ningún otro instrumento es como FRIDA", enfatiza Sánchez. "Cualquiera de las cámaras es única, no hay otra igual".

Desarrollo estratégico

Concretar FRIDA ha sido posible con una inversión que ronda los 8 millones de euros -de los que México, en tanto socio, ha debido aportar el 5 por ciento-, y la participación de casi un centenar de personas, quienes además de estar ganando experiencia técnica y hacer desarrollos tecnológicos, también han ido garantizando tiempo de observación en el GTC.

Un esfuerzo que, a percepción de los investigadores del IA, no hace sino ratificar el alto prestigio a nivel internacional de la astrofísica y de la instrumentación astronómica que se hace en México.

"Eso es lo que hay que subrayar: en México la astrofísica es una ciencia, y no solamente eso sino también una forma, un método de trabajo en donde el desarrollo tecnológico es parte inherente", subraya José Franco, refiriendo la posibilidad de patentar varios de los diseños creados para FRIDA.

"Y esa es la razón por la cual la astrofísica es considerada una ciencia estratégica en países como Estados Unidos, Canadá, Japón o en Europa, porque el desarrollo tecnológico asociado es tal que, si tú tienes la industria adecuada, puede absorber estos adelantos para generar insumos para la sociedad", concluye.